汽車制造的目標就是獲得高性能和高質量的產品。這點尤其適用于焊接技術,其目的就是發展更多、功能更強的焊接工藝,獲得更快的焊接速度、更好地彌合焊縫間隙的能力。然而,傳統的激光束焊接方法并不能同時滿足這兩個方面的要求。因此,一種新的復合焊工藝——激光復合焊目前正在被使用。
在焊接工藝方面,激光束焊和氣體保護焊(GM-AW)在工業中都應用廣泛。然而,新的可能性和更好的綜合效果建立在兩種方法相結合的基礎上。激光焊焊接得到的焊縫熱影響區非常窄,焊縫的深寬比較大。在激光焊接過程中,激光焊焊接作用面積較小,根部間隙彌合能力較低,但可以達到較高的焊接速度。而GMAW或串聯焊接工藝方法的能量密度低,焊接時作用在材料表面面積較大,因此其根部間隙彌合能力較高。
1、背景資料
在19世紀70年代,激光焊與其他焊接工藝的電弧間的復合就已經產生,然而卻沒有獲得廣泛的發展與應用。
激光焊和任何一種傳統焊接工藝方法結合都稱之為復合激光焊。也就是說,焊接過程中,激光和電弧同時作用在焊接區域,相互影響,相互補充。
2、在汽車工業中的應用
GMAW有利于連接較寬的根部間隙。激光焊可以集中熱量輸入、獲得較深的熔深和較快的焊接速度。
在焊接VW型敞篷車車門時,除了GMAW和激光焊,激光復合焊也被采用。一扇車門上包括7個GMAW焊接接頭,11個激光焊接接頭和48個激光復合焊接接頭。激光復合焊接通常被用來焊接沖壓件、鑄件、鋁制薄板及敞篷車的車門等。這些焊縫主要是角焊縫的搭接接頭及部分對接接頭。
為了能夠滿足車門強度要求,同時減少重量,需要采用特制的合成薄板、鑄件及沖壓材料。在某些部位,由于要求的焊接速度及給定公差的限制,只能采用激光復合焊。如果沒有激光復合焊工藝, VW將不得不采用重的鑄件材料。
激光復合焊并沒有完全用于敞篷車車門的4980mm焊縫中,主要是因為各個接頭的不同特征。如果根部間隙過寬,激光復合焊也不適用,在這種情況下GMAW工藝就更具優勢。相反,對于根部間隙非常小的焊縫,因激光焊熱量輸入低、焊接速度較高,采用它更合適。然而,激光復合焊還是被廣泛地采用。通過改變激光焊和GMAW焊中的能量比例,激光復合焊能夠適應各種不同的焊接要求,這就意味著通過激光復合焊系統也可以得到單純的激光焊或GMAW焊。然而,這就要求其中一項工藝被關閉。對于不同的工件,焊接速度變化很大。以敞篷車車門對焊為例,其焊接速度的變化如下:焊接速度 1.2~4.8m/min, 焊絲進給速度為4~9m/min,作用在工件上的激光功率在2~4KW之間,該過程最終優化為焊接速度 4.2m/min,送絲速度6.5m/min,激光器功率 2.9KW。
復合激光焊也被用在了新車奧迪A8上。每輛車上包括4.5m的焊縫。在奧迪A8車中,激光復合焊被用在側梁邊框區域,該區域主要用于裝配各種各樣的功能薄板。
3、激光復合焊的整合效果
通過將激光束和電弧的結合可以實現諸多好處。與激光焊接工藝相比,激光復合焊具有如下特點:
短時間內連接根部間隙的能力高;
較寬和較深的熔透性;
較大的應用范圍;
激光電源節約、投資成本低;
接頭強度高。
與GMAW焊相比,激光復合焊的焊接速度更高、所獲得的焊縫更深、熱量輸入更低、強度更高和接頭更窄。
通過將激光束與電弧連接起來,同單獨的激光焊相比,激光復合焊形成的熔池面積更大,因此,具有更大間隙的零件也能被焊接。電弧焊接工藝具有成本低、根部間隙連接能力好以及能夠通過添加填充材料而影響其顯微組織結構等優點。激光焊接工藝具有熔深大、焊接速度高、熱負荷低及焊縫窄等特點。在焊接金屬工件時,激光焊的深熔焊效果主要取決于激光束密度,因此,壁厚不斷增加的零件可以通過提供充足的激光功率進行焊接。